JPWO2012124029A1 - コイルユニット、車両、外部給電装置および車両充電システム - Google Patents

コイルユニット、車両、外部給電装置および車両充電システム Download PDF

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Abstract

コイルユニットは、外部に設けられた外部共鳴コイルと電磁界共振結合する共鳴コイル(110)を備え、共鳴コイル(110)は、第1巻回中心(O1)を中心として第1巻回中心(O1)の周囲を囲むように延びる外側コイル(115)と、外側コイル(115)から外側コイル(115)で囲まれた領域内に延び出る延出部とを含み、外部共鳴コイル(240)と共鳴コイル(110)とが電磁界共振結合しているときに、共鳴コイル(110)を流れる交流電流の腹となる部分を共鳴コイル(110)の腹部とすると、共鳴コイル(110)は、腹部(AM1)が延出部に位置するように形成される。

Description

本発明は、コイルユニット、送電装置、外部給電装置および車両充電システムに関する。
近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが着目されている。
特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が着目されている。そして、最近では非接触の充電方式においても各種の充電方式が提案されており、特に、共鳴現象を利用することで非接触で電力を伝送する技術が脚光を浴びている。
たとえば、特開2010−73976号公報に記載された車両および給電装置は、それぞれ通信コイルを備える。車両に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと、受電コイルとを含み、給電装置に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと給電コイルとを含む。そして、給電装置に搭載された共鳴コイルと、車両に搭載された共鳴コイルとの間で、共鳴現象を利用して電力の非接触伝送がなされている。
特開2010−73976号公報
特開2010−73976号公報に記載された車両および給電装置の間で非接触で電力伝送を行う際には、各共鳴コイル内に高電圧の高周波電流が流れ、各共鳴コイルの周囲には強度の高い磁場が形成される。この結果、電力伝送中に、車両の周囲に強度の高い磁場が漏れ出すおそれがある。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、過度に強度の高い磁界がコイルユニットの周囲に漏れだすことが抑制されたコイルユニット、送電装置、外部給電装置および車両充電システムを提供することである。
本発明に係る共鳴コイルは、外部に設けられた外部共鳴コイルと電磁界共振結合する共鳴コイルを備える。上記共鳴コイルは、第1巻回中心を中心として第1巻回中心の周囲を囲むように延びる外側コイルと、外側コイルから外側コイルで囲まれた領域内に延び出る延出部とを含む。上記外部共鳴コイルと共鳴コイルとが電磁界共振結合しているときに、共鳴コイルを流れる交流電流の腹となる部分を共鳴コイルの腹部とすると、共鳴コイルは、腹部が延出部に位置するように形成される。
好ましくは、上記共鳴コイルは、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が外側コイルが形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイルを含み、延出部は、内側コイルである。好ましくは、上記内側コイルは、外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられ、複数の内側コイルの1つに、腹部が位置する。
好ましくは、上記内側コイルは、第2巻回中心の周囲を囲むように延びる。上記第2巻回中心は、第1巻回中心から離れた位置に位置する。上記共鳴コイルは、腹部が第2巻回中心よりも第1巻回中心側に位置するように形成される。好ましくは、上記共鳴コイルは、第1端部および第2端部を含む。上記第1端部および第2端部に接続されたキャパシタをさらに備る。上記腹部は、共鳴コイルを形成する導線の一端から他端までの長さ方向の中央部に位置する。
好ましくは、上記共鳴コイルは、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が外側コイルが形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイルを含む。上記内側コイルは、外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられる。上記複数の内側コイルは、共鳴コイルの腹部が位置する第1内側コイルと、第1端部および第2端部を含み、キャパシタが接続された第2内側コイルとを含む。
好ましくは、上記共鳴コイルとキャパシタとによって共振回路が形成される。上記記腹部は、共振回路の電流経路の中央に位置する。好ましくは、上記共鳴コイルと電磁誘導結合する電磁誘導コイルをさらに備える。本発明に係る車両は、上記コイルユニットを備え、共鳴コイルの腹部と車両の中心との間の距離は、第1巻回中心と車両の中心との間の距離よりも小さい。本発明に係る外部給電装置は、上記コイルユニットを備える。本発明に係る車両受電システムは、上記車両と、上記外部給電装置とを備える。
本願発明に係るコイルユニット、送電装置、外部給電装置および車両充電システムによれば、過度に強度の高い磁界が周囲に漏れることを抑制することができる。
本実施の形態1の形態に係る車両100と、車両100に電力を給電する外部給電装置200とを模式的に示す模式図である。 共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図である。 電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。 車両に搭載された車両側コイルユニット101を模式的に示す斜視図である。 図4に示すV方向から車両側共鳴コイル110および車両側電磁誘導コイル120を見た平面図である。 車両側共鳴コイル110を詳細に説明するための分解図である。 渡り線116およびその周囲の構成を示す斜視図である。 車両側共鳴コイル110および車両側電磁誘導コイル120の一部を示す側面図である。 車両側共鳴コイル110に電流が流れたときの状態を示す模式図である。 上記のように構成された車両側共鳴コイル110および車両側キャパシタ109を模式的に示す回路図である。 車両側共鳴コイル110、車両側キャパシタ109および接続配線132A,113によって形成されたLC共振器の展開図および共振回路内を流れる電流値を示すグラフである。 共振回路の位置とその位置の周囲に形成される電界強度EFおよび磁界強度MFを模式的に示すグラフである。 車両側共鳴コイル110と、設備側共鳴コイル240とが電磁界共振結合しているときにおける車両側共鳴コイル110を示す平面図である。 設備側コイルユニット201を模式的に示す斜視図である。 図14に示すXV方向から設備側電磁誘導コイル230および設備側共鳴コイル240を見たときの平面図である。 設備側共鳴コイル240に共振周波数の電流が流れたときにおける設備側共鳴コイル240の平面図である。 電力伝送時における車両側共鳴コイル110および設備側共鳴コイル240を模式的に示す斜視図である。 車両側共鳴コイル110と設備側共鳴コイル240とが鉛直方向に配列した状態において、車両側共鳴コイル110と近接場NF2との位置関係を示す平面図である。 図18に示す車両側共鳴コイル110の位置から車両側共鳴コイル110が位置ずれした状態を示す平面図である。 車両100の下面を示す斜視図である。 図21は、車両100の底面図である。 電動車両のフロアパネル11や車両側コイルユニット101を示す斜視図である。 車両100が駐車スペース202の所定位置に停車したときの様子を示す一部側面図である。
図1から図23を用いて、本発明の実施1の形態に係る車両および外部給電装置について説明する。
図1は、本実施の形態1の形態に係る車両100と、車両100に電力を給電する外部給電装置200とを模式的に示す模式図である。
車両100は、外部給電装置200が設けられた駐車スペース202の所定位置に停車して、主に、外部給電装置200から電力を受電する。なお、車両100は、外部給電装置200に電力を供給することもできる。
駐車スペース202には、車両100を所定の位置に停車するように、輪止203やラインが設けられている。
外部給電装置200は、交流電源210に接続された高周波電力ドライバ220と、この高周波電力ドライバ220に接続された設備側コイルユニット201とを含む。設備側コイルユニット201は、主に、非接触電力送電装置として機能し、設備側コイルユニット201は、設備側共鳴コイル240と、設備側共鳴コイル240に接続された設備側キャパシタ250と、設備側共鳴コイル240と電気的に接続される設備側電磁誘導コイル230とを含む。
交流電源210は、車両外部の電源であり、たとえば、系統電源である。高周波電力ドライバ220は、交流電源210から受け取る電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を設備側電磁誘導コイル230に供給する。なお、高周波電力ドライバ220が生成する高周波電力の周波数は、たとえば1M〜数十MHzである。
設備側電磁誘導コイル230は、上記の高周波電力が供給されることで、設備側電磁誘導コイル230から発生する磁束量が経時的に変化する。
設備側共鳴コイル240は、設備側電磁誘導コイル230と電磁誘導結合しており、設備側共鳴コイル240からの磁束量が変化することで、電磁誘導により設備側共鳴コイル240にも高周波の電流が流れる。
この際、設備側共鳴コイル240に流れる高周波電流の周波数と、設備側電磁誘導コイル230のリラクタンスと設備側キャパシタ250の容量Cとによって決まる共振周波数とが実質的に一致するように、設備側電磁誘導コイル230に電流が供給される。設備側共鳴コイル240および設備側キャパシタ250は、LC共振器として機能する。
そして、設備側共鳴コイル240の周囲に当該共振周波数と実質的に同じ周波数の電界および磁界が形成される。このようにして、設備側共鳴コイル240の周囲には、所定周波数の電磁場(電磁界)が形成される。
そして、車両100は、設備側共鳴コイル240および設備側キャパシタ250によって形成されたLC共振器と同じ共振周波数を持つLC共振器を備えており、当該LC共振器と、設備側共鳴コイル240および設備側キャパシタ250によって形成されたLC共振器とが電磁界共振結合することで、外部給電装置200から車両100に電力が送電される。
なお、車両100と外部給電装置200とは、設備側共鳴コイル240および設備側キャパシタ250によって形成される電磁場のうち、近接場(エバネッセント場)を主に利用して、外部給電装置200側から車両100に電力を供給している。当該電磁共鳴法を利用したワイヤレス送電・受電方法の詳細については、後述する。
車両100は、主に非接触電力受電装置として機能する車両側コイルユニット101と、車両側コイルユニット101に接続された整流器130と、整流器130に接続されたDC/DCコンバータ140と、このDC/DCコンバータ140に接続されたバッテリ150と、パワーコントロールユニット(PCU(Power Control Unit))160と、このパワーコントロールユニット160に接続されたモータユニット170と、DC/DCコンバータ140やパワーコントロールユニット160などの駆動を制御する車両ECU(Electronic Control Unit)180とを備える。
なお、本実施の形態に係る車両100は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両も含む。
車両側コイルユニット101は、車両側共鳴コイル110と、この車両側共鳴コイル110に接続された車両側キャパシタ109と、車両側共鳴コイル110と電磁誘導により結合する車両側電磁誘導コイル120とを含む。なお、車両側コイルユニット101の詳細な構成については後述する。
車両側共鳴コイル110と車両側キャパシタ109は、LC共振器を構成しており、車両側共鳴コイル110および車両側キャパシタ109によって形成されたLC共振器の共振周波数と、設備側共鳴コイル240および設備側キャパシタ250によって形成されたLC共振器の共振周波数とは実質的に一致している。
ここで設備側共鳴コイル240に、当該LC共振器の共振周波数と同じ周波数の高周波電流が供給されると、周波数が当該共振周波数の電磁場(電磁界)が発生する。
そして、設備側共鳴コイル240から、たとえば、数m以内程度の範囲内に、車両側共鳴コイル110が配置されると、車両側共鳴コイル110および車両側キャパシタ109によって形成されるLC共振器が共鳴して、車両側共鳴コイル110に電流が流れる。このように、車両側共鳴コイル110と、設備側共鳴コイル240とは、電磁界共振結合する。
車両側電磁誘導コイル120は、車両側共鳴コイル110と電磁誘導結合して、車両側共鳴コイル110が受電した電力を取り出す。車両側電磁誘導コイル120が車両側共鳴コイル110から順次電力を取り出すことで、電磁場を介して車両側共鳴コイル110に設備側共鳴コイル240から順次電力が供給される。このように、車両側コイルユニット101と、設備側コイルユニット201とは、所謂、電磁共鳴方式のワイヤレス送電・受電方式が採用されている。
整流器130は、車両側電磁誘導コイル120に接続されており、車両側電磁誘導コイル120から供給される交流電流を直流電流に変換して、DC/DCコンバータ140に供給する。
DC/DCコンバータ140は、整流器130から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ150に供給する。
パワーコントロールユニット160は、バッテリ150に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ150から供給される直流電流を調整(昇圧)して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット170に供給する。
モータユニット170は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット160のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
なお、バッテリ150に蓄積された電力を交流電源210に供給する際には、たとえば、DC/DCコンバータ140がバッテリ150からの電流を昇圧して、整流器130に供給する。整流器130は、DC/DCコンバータ140からの直流電流を高周波電流に変換する。この高周波電流の周波数は、上記の共振周波数とされている。
整流器130は、この高周波電流を車両側電磁誘導コイル120に供給する。車両側共鳴コイル110は、電磁誘導によって車両側電磁誘導コイル120から高周波電流を受け取る。この高周波電流の周波数は、共振周波数と実質的に一致しており、車両側共鳴コイル110および車両側キャパシタ109によって形成されたLC共振器が共振する。そして、車両側共鳴コイル110の周囲に周波数が上記共振周波数とされた電磁場(電磁界)が形成される。
そして、車両側共鳴コイル110から、たとえば、数m程度の範囲内に設備側共鳴コイル240が配置されることで、設備側共鳴コイル240および設備側キャパシタ250によって形成されるLC共振器が共鳴する。そして、設備側共鳴コイル240に供給された電力は、電磁誘導によって設備側電磁誘導コイル230に引き出される。設備側共鳴コイル240に引き出された電力は、高周波電力ドライバ220を通って、交流電源210に供給される。
なお、車両100がハイブリッド車両の場合には、車両100は、エンジン、動力分割機構とをさらに備え、モータユニット170は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。
上記のように本実施の形態1に係る車両側コイルユニット101と設備側コイルユニット201との間は、ワイヤレス送電・受電方式であって、電磁場を利用した共鳴法が採用されている。
図2は、共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図であって、この図2を用いて、共鳴法による送電および受電の原理を説明する。
図2を参照して、この共鳴法では、2つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する2つのLC共振コイルが電磁場(近接場)において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
具体的には、高周波電源310に一次コイル320を接続し、電磁誘導により一次コイル320と磁気的に結合される一次自己共振コイル330へ、1M〜数十MHzの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル330は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量(コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む)とによるLC共振器であり、一次自己共振コイル330と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル340と電磁場(近接場)を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル330から二次自己共振コイル340へ電磁場を介してエネルギー(電力)が移動する。二次自己共振コイル340へ移動したエネルギー(電力)は、電磁誘導により二次自己共振コイル340と磁気的に結合される二次コイル350によって取出され、負荷360へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル330と二次自己共振コイル340との共鳴強度を示すQ値がたとえば100よりも大きいときに実現される。
なお、図2の構成と図1の構成の対応関係を示すと、図1に示す交流電源210および高周波電力ドライバ220は、図2の高周波電源310に相当する。また、図1に示す設備側電磁誘導コイル230は、図2の一次コイル320に相当する。さらに、図1に示す設備側共鳴コイル240および設備側キャパシタ250は、図3の一次自己共振コイル330および一次自己共振コイル330の浮遊容量とに相当する。
図1に示す車両側共鳴コイル110および車両側キャパシタ109は、図2に示す二次自己共振コイル340および二次自己共振コイル340の浮遊容量とに相当する。
図1に示す車両側電磁誘導コイル120は、図2の二次コイル350に相当する。そして、図1に示す整流器130、DC/DCコンバータ140およびバッテリ150は、図2に示す負荷360に相当する。
さらに、本実施の形態1に係るワイヤレス送電・受電方式は、電磁界の「静電界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。
図3は、電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図3を参照して、電磁界は3つの成分から成る。曲線k1は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電界」と称される。曲線k2は、波源からの距離の2乗に反比例した成分であり、「誘導電界」と称される。また、曲線k3は、波源からの距離の3乗に反比例した成分であり、「静電界」と称される。
「静電界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用してエネルギー(電力)の伝送が行なわれる。すなわち、「静電界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器(たとえば一対のLC共振コイル)を共鳴させることにより、一方の共鳴器(一次自己共振コイル)から他方の共鳴器(二次自己共振コイル)へエネルギー(電力)を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によってエネルギー(電力)を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
このように、本実施の形態1に係る車両100と、外部給電装置200とは、電磁場の近接場の共鳴を利用して、車両100の車両側コイルユニット101と、外部給電装置200の設備側コイルユニット201との間で電力の送電や受電を行っている。
ここで、車両側コイルユニット101と設備側コイルユニット201との間で電力の送電および受電を行っている際に、車両の周囲に強度の高い磁界が漏れ出すと、車両100の周囲の電気機器などに影響を与えるおそれがある。
本願の発明者等は、鋭意努力の結果、受電および送電の過程において、車両側共鳴コイル110の特定の部位および設備側共鳴コイル240の特定の部位の周囲に特に強度の高い磁場が形成されることを見出した、本願発明においては、受電および送電の過程において、車両100の周囲に強い磁場が漏れ出すことを抑制することを目的としており、以下にその具体的な構成について説明する。
図4は、車両に搭載された車両側コイルユニット101を模式的に示す斜視図である。この図4に示すように、車両側コイルユニット101は、車両側共鳴コイル110と、車両側電磁誘導コイル120と、車両側共鳴コイル110に接続された車両側キャパシタ109と、車両側キャパシタ109および車両側共鳴コイル110を接続する接続配線132Aおよび接続配線132Bとを含む。
車両側共鳴コイル110は、端部131Aおよび端部131Bとを含み、端部131Aには、接続配線132Aが接続されており、端部131Bには接続配線132Bが接続されている。この接続配線132Aおよび接続配線132Bによって車両側キャパシタ109と、車両側共鳴コイル110とが直列に接続されている。なお、この図4に示す例においては、接続配線132A,132Bと、車両側共鳴コイル110とは一体的に形成されている。具体的には、車両側共鳴コイル110を構成するコイル線を端部131A,131Bで屈曲させて接続配線132A,132Bを形成している。
図5は、図4に示すV方向から車両側共鳴コイル110および車両側電磁誘導コイル120を見た平面図である。なお、図5において、車両側電磁誘導コイル120は、破線で示されている。この図5および図4に示すように、車両側共鳴コイル110は、車両側電磁誘導コイル120の下方に配置されている。車両側共鳴コイル110は、巻回中心線O1の周囲を囲むように延びる外側コイル115と、この外側コイル115に接続され、
外側コイル115が取り囲む領域内に配置された複数の内側コイル111,112,113,114と、複数の渡り線116、117,118,119とを含む。
外側コイル115と、車両側電磁誘導コイル120とは、巻回中心線O1上に位置する位置から外側コイル115の中心点を見る方向に、外側コイル115および車両側電磁誘導コイル120を見ると、外側コイル115と車両側電磁誘導コイル120とは重なり合う。
すなわち、外側コイル115および車両側電磁誘導コイル120は、互いに一方が他方に沿うように形成されている。
ここで、車両側共鳴コイル110と車両側電磁誘導コイル120との間で電流の授受は電磁誘導によって行われる。
外側コイル115と車両側電磁誘導コイル120とは重なり合うように配置されているため、車両側共鳴コイル110と車両側電磁誘導コイル120との間で電流の授受が行われる際、車両側共鳴コイル110に電流が流れることで生じる磁力線の多くが車両側電磁誘導コイル120を通る。これにより、車両側電磁誘導コイル120に大きな起電力が生じ、車両側共鳴コイル110と車両側電磁誘導コイル120との間で電流の授受が良好に行われる。
外側コイル115は、巻回中心線O1の周囲に沿って延びるように形成されている。内側コイル111,112,113,114は、互いに外側コイル115の周方向に間隔をあけて配置されている。内側コイル111,112,113,114は、巻回中心線O1の周囲に環状に配列しており、各内側コイル111,112,113,114の巻回中心は、巻回中心線O1の周囲に等間隔に配置されている。内側コイル111,112,113,114は、外側コイル115の内周縁部に内接するように配置されている。このため、内側コイル111,112,113,114の各径を大きく確保することができ、受電および送電効率の向上を図ることができる。
内側コイル112には、車両側共鳴コイル110の端部131A,131Bが位置しており、内側コイル112に車両側キャパシタ109が接続されている。
車両側共鳴コイル110は、1つの導線から形成されており、外側コイル115、内側コイル111,112,113,114および渡り線116、117,118,119は、1つの導線から一体的に形成されている。
車両側共鳴コイル110を1つの導線で構成することで、車両側共鳴コイル110との間で電力の授受を行う車両側電磁誘導コイル120を1つに集約することができ、部品点数の低減を図ることができる。なお、外側コイル115および内側コイル111,112,113,114は、1巻のコイルであり、車両側共鳴コイル110のコンパクト化が図られている。
図6は、車両側共鳴コイル110を詳細に説明するための分解図であり、車両側共鳴コイル110を構成する構成要素ごとに車両側共鳴コイル110を切断したときの分解図である。
この図6に示すように、外側コイル115は、複数の円弧部115a〜115dを含む。各円弧部115a〜115dは、図4,5に示す巻回中心線O1を中心に円弧状に延びるように形成されている。
なお、外側コイル115の形状としては、円形形状に限られず、方形形状、多角形形状、楕円形状など各種形状を採用することができる。
内側コイル111,112,113,114も略円形形状とされているが、円形形状に限られず、方形形状、多角形形状、楕円形状など各種形状を採用することができる。なお、内側コイル111,112,113,114の各中心線は、巻回中心線O1から離れており、巻回中心線O1を中心に配列している。
渡り線116、117,118,119は、内側コイル111,112,113,114と円弧部115a,115b、115c、115dとを接続する。
渡り線116は、円弧部115aの一端と内側コイル111の一端とを接続し、円弧部115aの他方端は、内側コイル112の一端に接続されている。
渡り線117は、内側コイル112の他方端と円弧部115bの一端とを接続し、円弧部115bの他方端は内側コイル113の一端に接続されている。渡り線118は、内側コイル113の他方端と円弧部115cの一端とを接続し、円弧部115cの他方端は内側コイル114の一端に接続されている。渡り線119は、内側コイル114の他方端と円弧部115dの一端とを接続する。円弧部115dの他方端は、内側コイル111の他方端に接続されている。
なお、図6は、車両側共鳴コイル110を説明するために便宜的に車両側共鳴コイル110を分解した状態を示しているが、車両側共鳴コイル110は1つの導線によって形成されている。
図7は、渡り線116およびその周囲の構成を示す斜視図である。この図7および図4に示すように、渡り線116は、車両側共鳴コイル110の一部である内側コイル111を跨ぐように形成されてる。
渡り線116は、車両側電磁誘導コイル120側に向けて膨らむように湾曲している。なお、他の渡り線117、118,119も、車両側電磁誘導コイル120と同様に形成されており、各々車両側共鳴コイル110の一部を跨ぐように形成されている。
この際、渡り線116、117,118,119と、車両側共鳴コイル110の一部との間の距離L2は、たとえば、車両側共鳴コイル110を構成する導線の直径よりも大きく設定されており、渡り線116、117,118,119と車両側共鳴コイル110との間で放電が生じることが抑制されている。
図8は、車両側共鳴コイル110および車両側電磁誘導コイル120の一部を示す側面図である。この図8に示すように、車両側電磁誘導コイル120は、渡り線116に沿って延びる湾曲部121を含む。
湾曲部121と渡り線116との間の距離L1が車両側電磁誘導コイル120のうち湾曲部121以外の部分と車両側共鳴コイル110との間の距離と等しくなるように、湾曲部121は湾曲している。
図4に示すように、車両側電磁誘導コイル120は、車両側共鳴コイル110の渡り線117,118、119に沿って延びる湾曲部122,123,124を含む。
これにより、車両側電磁誘導コイル120と車両側共鳴コイル110とは、互いに全周に亘って、互いの距離が一定距離L1となるように形成されている。
このように、車両側共鳴コイル110と車両側電磁誘導コイル120との間の距離が短くなる部分がないため、車両側共鳴コイル110および車両側電磁誘導コイル120に高電圧の電流が流れたとしても、車両側共鳴コイル110および車両側電磁誘導コイル120の間で放電が生じることを抑制することができる。
さらに、車両側電磁誘導コイル120および車両側共鳴コイル110の間の距離を一定間隔に保つことで、車両側共鳴コイル110に良好に起電力を発生させることができ、車両側共鳴コイル110および車両側電磁誘導コイル120の間での電力の授受を良好に行うことができる。
図9は、車両側共鳴コイル110に電流が流れたときの状態を示す模式図である。この図9に示すように、車両側共鳴コイル110に電流が流れると、外側コイル115には、電流方向D0に電流が流れる。内側コイル111,112,113,114には、電流方向D1,D2,D3,D4に電流が流れる。
外側コイル115、および内側コイル111,112,113,114に上記のような方向に電流が流れると、外側コイル115および内側コイル111,112,113,114によって磁界が発生する。この際、外側コイル115および内側コイル111,112,113,114によって発生する磁界の向きはいずれも同じ方向に向くように、外側コイル115および内側コイル111,112,113,114は巻かれている。
図10は、上記のように構成された車両側共鳴コイル110および車両側キャパシタ109を模式的に示す回路図である。この図10において、車両側キャパシタ109は、互いに対向する電極134および電極135を含み、接続配線132Aおよび接続配線132Bによって、電極134,135が車両側共鳴コイル110の各端部131A,131Bに接続されている。
設備側共鳴コイル240と車両側共鳴コイル110とが電磁界結合(電磁共鳴)する際には、車両側共鳴コイル110、車両側キャパシタ109および接続配線112,113によって形成される電流経路内に高周波の交流電流が流れる。この交流電流の周波数は、LC共振回路の共振周波数と実質的に一致しており、当該交流電流は共振状態となっている。図11は、車両側共鳴コイル110、車両側キャパシタ109および接続配線132A,113によって形成されたLC共振器の展開図および共振回路内を流れる電流値を示すグラフである。
この図11において、電極134の端部を共振回路の回路始点LOとし、電極135の端部を共振回路の回路終端LEとする。
図11に示す縦軸は、電流量を示し、横軸は、共振回路の位置を示す。そして、曲線CL1は、電磁界共振結合しているときの任意の時点における電流量の分布を示す。そして、曲線CL2〜CL7は、曲線CL1の時点から時々刻々変化する電流量の分布を示す。
この曲線CL1〜CL7からも明らかなように、共振回路内を流れる電流は、中間位置LM1の部分が「腹」となる。なお、接続配線132Aおよび電極134の結線位置と回路始点LOとの間の距離と、電極135および接続配線132Bの結線位置と回路終端LEとの間の距離は、実質的に等しい。また、接続配線132Aの長さと、接続配線132Bの長さとは等しい。このため、中間位置LM1は、車両側共鳴コイル110を形成する導線の長さ方向の中央に位置している。このような共振交流電流においては、「腹」(anti-node)の部分で電流量が最大となる。そこで、車両側共鳴コイル110のうち、共振交流電流の「腹」となる部分を腹部AM1とする。
車両側共鳴コイル110の腹部AM1を流れる電流が最大となるため、腹部AM1の周囲で強度の高い磁界が発生する。そして、車両側共鳴コイル110の端部側に向かうにつれて、車両側共鳴コイル110の周囲に形成される磁界の強度が小さくなる。
その一方で、回路始点LOおよび回路終端LEにおける電位は高く、腹部AM1における電位は低いため、電界強度は回路始点LOおよび回路終端LEの周囲で大きくなり、車両側共鳴コイル110の腹部AM1の周囲で最小となる。
図12は、共振回路の位置とその位置の周囲に形成される電界強度EFおよび磁界強度MFを模式的に示すグラフである。この図12からも明らかなように、車両側共鳴コイル110の腹部AM1の周囲に強度の高い磁場が形成されることが分かる。
なお、図11から図12においては、車両側共鳴コイル110を含む共振回路について説明したが、設備側共鳴コイル240、設備側キャパシタ250および接続配線によって形成されたLC共振回路においても、車両側共鳴コイル110を含むLC共振回路と同様の電流分布、磁界強度分布および電界強度分布となる。
図13は、車両側共鳴コイル110と、設備側共鳴コイル240とが電磁界共振結合しているときにおける車両側共鳴コイル110を示す平面図である。なお、この図13において、破線は、磁界の強度の高い近接場を模式的に示す。
車両側共鳴コイル110と設備側共鳴コイル240とが電磁界共振結合すると、車両側共鳴コイル110には、周波数が共振周波数の交流電流が流れる。これにより、車両側共鳴コイル110の周囲には、近接場NF1が形成される。近接場NF1は、外側コイル115の周囲に形成された単位近接場UNF0と、各内側コイル111〜114の周囲に形成された単位近接場UNF1〜UNF4とを含む。
内側コイル111,112,113,114は、巻回中心線O1の周囲に等間隔に配置されると共に、互いに巻回中心線O1を中心に対称的に配置されている。内側コイル111,112,113,114を構成するコイル線の長さはいずれも実質的に一致しており、外側コイル115も、巻回中心線O1を中心に対称的に形成されている。内側コイル112に車両側共鳴コイル110の端部131Aおよび端部131Bが形成されている。さらに、接続配線132Aおよび接続配線132Bの配線長さは、実質的に一致している。
そして、車両側共鳴コイル110の端部131Bおよび接続配線132Aが内側コイル112に形成されているため、車両側共鳴コイル110の腹部AM1は、内側コイル112に対して巻回中心線O1と対称な内側コイル114に位置する。そして、腹部AM1は、内側コイル114に位置しており、腹部AM1の周囲には、他の部分よりも広い範囲で磁界の強度が高い近接場が形成されていることがわかる。
内側コイル114は、外側コイル115によって囲まれる領域内に位置している。このため、腹部AM1の周囲に強度の高い磁場が形成されたとしても、この強度の高い磁界が車両側共鳴コイル110の外側の広い範囲にまで広がることを抑制することができる。端部131Aおよび端部131Bは、内側コイル112のうち、内側コイル112の巻回中心線O112よりも、巻回中心線O1側に位置している。このため、腹部AM1も内側コイル114のうち、内側コイル114の巻回中心線O114よりも、巻回中心線O1側に位置している。これにより、腹部AM1の周囲に形成される強度の高い磁界が、車両側共鳴コイル110より外側の広い範囲まで広がることを抑制することができる。
図13などに示す例においては、腹部AM1は、内側コイル114のうち、最も巻回中心線O1に近接した部分に位置している。
図14は、設備側コイルユニット201を模式的に示す斜視図であり、図15は、図14に示すXV方向から設備側電磁誘導コイル230および設備側共鳴コイル240を見たときの平面図である。
図14および図15に示すように、設備側コイルユニット201は、設備側共鳴コイル240と、この設備側共鳴コイル240の下方に配置された設備側電磁誘導コイル230と、設備側共鳴コイル240に接続された設備側キャパシタ250と、設備側キャパシタ250および設備側共鳴コイル240を接続する接続配線252A,252Bとを含む。
設備側共鳴コイル240は、端部251Aおよび端部251Bを含む。端部251Aには、接続配線252Aが接続され、端部251Bには接続配線252Bが接続されている。なお、接続配線252Aおよび接続配線252Bも、設備側共鳴コイル240を形成するコイル線を端部251Aおよび端部251Bの端部で折り曲げることで形成されている。
設備側共鳴コイル240は、車両側共鳴コイル110と実質的に同一の形状とされている。設備側共鳴コイル240は、外側コイル245と、この外側コイル245の内側に配置された複数の内側コイル241,242,243,244と、外側コイル245および各内側コイル241,242,243,244を接続する渡り線246,247,248,249を含む。内側コイル241,42,243,244の各巻回中心線は、巻回中心線O2の周囲に等間隔に配置されている。
なお、設備側共鳴コイル240も、車両側共鳴コイル110と同様に1つの導線から形成されている。このため、設備側共鳴コイル240との間で電力の授受を行う設備側電磁誘導コイル230などを1つにすることができ、装置の簡略化を図ることができる。
図15において、巻回中心線O2上の点から設備側共鳴コイル240の中心点を見る方向で、設備側共鳴コイル240および設備側電磁誘導コイル230を見ると、設備側電磁誘導コイル230は、外側コイル245と重なり合うように形成されている。このため、設備側共鳴コイル240と設備側電磁誘導コイル230との間の電力の授受が効率的に行われる。
図15において、外側コイル245は、巻回中心線O2を中心に延びる円弧状の円弧部245a,245b、245c、245dを含み、渡り線246,247,248,249によって、円弧部245a,245b、245c、245dと内側コイル241,242,243,244とが接続されている。
この図15に示す例においても、渡り線246,247,248,249は、設備側共鳴コイル240の一部を跨ぐように形成されており、設備側電磁誘導コイル230に向けて膨らむように湾曲している。
図14に示すように、設備側電磁誘導コイル230は、渡り線246,247,248,249の形状に合わせて湾曲する湾曲部231,232,233,234を含み、設備側電磁誘導コイル230および設備側共鳴コイル240との間で放電が生じることが抑制されている。
さらに、設備側電磁誘導コイル230と設備側共鳴コイル240との間の距離を一定にすることで、設備側電磁誘導コイル230に良好に起電力を発生させることができ、設備側電磁誘導コイル230と設備側共鳴コイル240との間の電力の授受効率の向上が図られている。
図15において、外側コイル245に電流方向D10に電流が流れる際には、内側コイル241,242,243,244には、電流方向D11,D12,D13,D14に電流が流れる。このため、外側コイル245によって形成される磁界の方向と、各内側コイル241,242,243,244によって形成される磁界の方向とは一致する。
内側コイル241,242,243,244は、巻回中心線O2を中心に対称的に配置されている。そして、設備側コイルユニット201から車両側コイルユニット101に電力を送電する際には、設備側共鳴コイル240には周波数が共振周波数の交流電流が流れる。
この際、設備側共鳴コイル240と、接続配線252Aと、接続配線252Bと、設備側キャパシタ250とを形成する導線の長さ方向の中央部に、上記交流電流の腹が位置する。設備側キャパシタ250を構成する2つの電極の長さが実質的等しく、さらに、接続配線252Aおよび接続配線252Bの配線長さが実質的に等しい。このため、上記交流電流の腹は、設備側共鳴コイル240を形成するコイル線の長さ方向の中央部に位置する。そして、設備側共鳴コイル240のうち、交流電流の腹となる部分を腹部AM2とする。
図16は、設備側共鳴コイル240に共振周波数の電流が流れたときにおける設備側共鳴コイル240の平面図である。なお、図16に示す破線は、設備側共鳴コイル240の周囲に形成される近接場のうち、磁界の強度が高い領域を模式的に示す図である。
設備側共鳴コイル240に共振周波数の電流が流れることで、設備側共鳴コイル240の周囲に近接場NF2が形成される。近接場NF2は、外側コイル245の周囲に形成される単位近接場UNF10と、各内側コイル241,242,243,244の周囲に形成される単位近接場UNF11,UNF12,UNF13,UNF14を含む。
腹部AM2の周囲には、他の部分よりも広い範囲で、強度の高い磁界が形成されていることがわかる。腹部AM2は、内側コイル244に位置している。具体的には、腹部AM2は、内側コイル244のうち、内側コイル244の巻回中心線O244よりも、巻回中心線O2に近い部分に位置している。
このため、腹部AM2の周囲に形成される強度の高い磁界が、設備側共鳴コイル240の外側において広い範囲に広がることを抑制することができる。
車両100に搭載されたバッテリ150を充電する際には、図17に示すように、車両側共鳴コイル110は、設備側共鳴コイル240の上方に位置する。
そして、設備側共鳴コイル240に共振周波数の高周波電流が流れる。そして、図16に示すように、近接場NF2が設備側共鳴コイル240の周囲に形成される。
図18は、車両側共鳴コイル110と設備側共鳴コイル240とが鉛直方向に配列した状態において、車両側共鳴コイル110と近接場NF2との位置関係を示す平面図である。
この図18に示す状態においては、車両側共鳴コイル110は、近接場NF2内に位置しており、設備側共鳴コイル240から車両側共鳴コイル110に良好に電力が伝達される。
図19は、図18に示す車両側共鳴コイル110の位置から車両側共鳴コイル110が位置ずれした状態を示す平面図である。
この図19においては、図18に示すように、車両側共鳴コイル110が正常な位置から位置ずれしている。その一方で、平面視すると、車両側共鳴コイル110は、複数の内側コイル111,112,113,114を備えているため、車両側共鳴コイル110は、近接場NF2と多数の位置で交差している。このため、この図19に示すように、車両側共鳴コイル110が位置ずれしたとしても、車両側共鳴コイル110には、設備側共鳴コイル240から電力が伝達され、電力の伝達効率の低減が抑制されている。
さらに、複数の内側コイル111,112,113,114が外側コイル115の内側に配置されているため、車両側共鳴コイル110自体の大きさが大きくなることが抑制されている。
このように、本実施の形態に係る車両側コイルユニット101および設備側コイルユニット201によれば、強度の高い磁界が各共鳴コイルの外側の広い範囲に漏れることを抑制することができるとともに、車両側共鳴コイル110および設備側共鳴コイル240とが位置ずれしたとしても、送電・受電効率の低下を抑制することができる。
次に、本願発明者等は、車両側共鳴コイル110および設備側共鳴コイル240の搭載態様を工夫することで、強度の高い磁場が車両100の周囲に漏れることを抑制しており、その詳細について図を用いて説明する。
図20は、車両100の下面を示す斜視図であり、図21は、車両100の底面図であって、車両側共鳴コイル110の配置位置を示す底面図である。そして、図22は、電動車両のフロアパネル11や車両側コイルユニット101を示す斜視図である。
図20および図21において、内側コイル114は、電動車両100の幅方向の中央部に位置している。さらに、内側コイル111〜114のうち、内側コイル114が最も、電動車両100の中心点O4に近い位置に配置されている。換言すれば、車両側共鳴コイル110は、腹部AM1と車両100の中心点O4との間の距離が、巻回中心線O1と中心点O4との間の距離よりも小さくなるように配置されている。図21に示す領域R1および領域R2は、磁界の強度の強い領域を示す。腹部AM1が車両100の中心に近い位置に配置されているため、腹部AM1の周囲に形成される強度の高い領域R1,R2が車両100の周囲に漏れることが抑制されている。
腹部AM1は、車両100の幅方向の中央部に配置されており、腹部AM1の周囲に形成される強度の高い磁場が車両100の側面側から漏れることを抑制することができる。
さらに、腹部AM1は、外側コイル115によって囲まれる領域内に位置しているため、車両側共鳴コイル110が所定の位置から回転した状態で電動車両100に搭載されたとしても、強度が高い磁界が電動車両100の周囲に漏れることを抑制することができる。たとえば、図21に示す状態から車両側共鳴コイル110を90°回転した状態で車両側共鳴コイル110が搭載されたとしても、腹部AM1と電動車両100の側面との間の距離は確保されており、強度の高い磁界が電動車両100の側面からもれることが抑制されている。
図21に示す例においては、腹部AM1は、車両100の幅方向中央部をとおり車両100の前後方向に延びる中心線O5上に配置されているが、この位置に限られず、中心線O5上およびその周囲に位置してもよい。
図20から図22を参照して、車両100は、車両の幅方向に配列する一対のサイドメンバ10A,10Bと、車両の幅方向に配列する一対のリヤサイドメンバ10C,10Dと、フロアパネル11とを含む。フロアパネル11は、サイドメンバ10A,10Bの上面と、リヤサイドメンバ10C,10Dとの上面に固定されている。車両側コイルユニット101は、フロアパネル11の下面に設けられている。
図21および図22に示すように、リヤサイドメンバ10Cは、サイドメンバ10Aの後端に接続され、リヤサイドメンバ10Dは、サイドメンバ10Bの後端に接続されている。車両側コイルユニット101と、リヤサイドメンバ10C,10Dとの上方から車両側コイルユニット101とリヤサイドメンバ10C,10Dを見ると、車両側コイルユニット101は、リヤサイドメンバ10Cおよびリヤサイドメンバ10Dの間に配置されている。
また、図22に示すように、車両側コイルユニット101は、リヤサイドメンバ10Cおよびリヤサイドメンバ10D間に配置されており、リヤサイドメンバ10C,10Dは、フロアパネル11の下面から突出しているため、リヤサイドメンバ10C,リヤサイドメンバ10Dによって強度の高い磁場が外部に漏れることが抑制されている。
さらに、車両側コイルユニット101をリヤサイドメンバ10C,10Dの間に配置することで、車両100が側突されたとしても車両側コイルユニット101の保護を図ることができる。特に、好ましくは、腹部AM1が、幅方向に配列する一対の後輪の間に位置するように車両側共鳴コイル110を配置することで、後輪によって腹部AM1の周囲に形成される磁場が車両の周囲に漏れることが抑制されると共に外部からの衝撃から車両側コイルユニット101を保護することができる。
バッテリ150は、フロアパネル11のうち、リヤサイドメンバ10Cおよびリヤサイドメンバ10Dの間に配置されているため、車両側コイルユニット101とバッテリ150との配線距離を短くすることができる。
次に、外部給電装置200の設備側コイルユニット201について詳細に説明する。図23は、車両100が駐車スペース202の所定位置に停車したときの様子を示す一部側面図である。
この図23に示すように、駐車スペース202には、車両100の後輪を止める輪止203が設けられており、後輪が輪止203とあたるように車両100を停車することで、車両100は、駐車スペース202の所定位置に停車する。
車両100が、駐車スペース202の所定位置に停車すると、設備側コイルユニット201は、車両側コイルユニット101と鉛直方向に対向する位置に設けられている。
そして、図17に示すように、腹部AM1および腹部AM2は、互いに高さ方向に対向する。このため、腹部AM2の周囲に形成される強度の高い磁界が地面と車両の間から外部に漏れることを抑制することができる。さらに、腹部AM1と腹部AM2とが高さ方向に配列することで、車両側共鳴コイル110および設備側共鳴コイル240の結合度を高めることができ、送電効率および受電効率を高めることができる。
特に、腹部AM1は、外側コイル115によって囲まれる領域内に位置しており、腹部AM2は、外側コイル245によって囲まれる領域内に位置しているため、電力伝送時に、腹部AM2の周囲に形成される強度の高い磁界が車両と地面の間から外部に漏れ出すことが抑制されている。さらに、車両側共鳴コイル110および設備側共鳴コイル240とが互いに相対的に回転した状態で対向したとしても、腹部AM1および腹部AM2の間の距離が短いため、車両側共鳴コイル110および設備側共鳴コイル240の間の伝送効率を高くすることができる。
なお、本実施の形態に係る車両側共鳴コイル110は、腹部AM1が位置する内側コイル114以外にも複数の内側コイル111〜113が設けられているが、これら内側コイル111〜113は必ずしも必須の構成ではない。
すなわち、腹部AM1が、外側コイル115によって囲まれる領域内に位置するように、腹部AM1が位置する内側コイル114のみを設けるようにしてもよい。この場合、典型的には、車両側キャパシタ109は、外側コイル115上に位置する。
なお、設備側共鳴コイル240においても、同様に、腹部AM2が位置する内側コイル244以外の内側コイル241〜243は必ずしも必須の構成ではない。
内側コイル111〜113や内側コイル241〜243を設けることで、上述のように、車両側共鳴コイル110および設備側共鳴コイル240が相対的に位置ずれしたとしても、互いに重なり合う部分を増やすこおができ、伝送効率の低下を抑制することができる。
上記実施の形態においては、腹部AM1が外側コイル115によって囲まれる領域内に位置するように、外側コイル115によって囲まれる領域内に位置する内側コイル114を形成している。そして、車両側共鳴コイル110は、腹部AM1が内側コイル114に位置するように形成されている。
このように、上記実施の形態においては、腹部AM1が外側コイル115によって囲まれる領域内に位置するように、内側コイル114が設けられている。
しかし、腹部AM1を外側コイル115によって囲まれる領域内に配置するための手段として、内側コイルのように環状のコイルを形成することは必須ではなく、外側コイル115から外側コイル115によって囲まれる領域内に向けて延び出る延出部を形成し、この延出部上に腹部AM1が位置するように車両側共鳴コイル110を形成するようにしてもよい。
なお、腹部AM1を外側コイル115によって囲まれる領域内に位置させる手段として、車両側共鳴コイル110に内側コイル114を形成した場合には、車両側共鳴コイル110と設備側共鳴コイル240とが相対的に位置ずれしたとしても、伝送効率の低下を抑制することができる。
なお、設備側共鳴コイル240においても、同様に、内側コイルを設けずに、外側コイル245から外側コイル245によって囲まれる領域内に延び出る延出部を形成し、この延出部に腹部AM2が位置するように設備側共鳴コイル240を形成してもよい。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。
本発明は、コイルユニット、送電装置、外部給電装置および車両充電システムに適用することができる。
10A,10B サイドメンバ、10C,10D,10C,10D リヤサイドメンバ、11 フロアパネル、100 車両、101 車両側コイルユニット、109 車両側キャパシタ、110 車両側共鳴コイル、111,112,113,114,241,242,243,244 内側コイル、115,245 外側コイル、120 車両側電磁誘導コイル、130 整流器、131A,131A,251A,251B 端部、134,134 電極、140 コンバータ、150 バッテリ、160 パワーコントロールユニット、170 モータユニット、200 外部給電装置、201 設備側コイルユニット、202 駐車スペース、203 輪止、210 交流電源、220 高周波電力ドライバ、230 設備側電磁誘導コイル、240 設備側共鳴コイル、250 設備側キャパシタ、AM1,AM2 腹部、C 容量、O1,O2,O112,O114,O244 巻回中心線、O4 中心点、O5 中心線。
好ましくは、上記共鳴コイルとキャパシタとによって共振回路が形成される。上記記腹部は、共振回路の電流経路の中央に位置する。好ましくは、上記共鳴コイルと電磁誘導結合する電磁誘導コイルをさらに備える。本発明に係る車両は、上記コイルユニットを備え、共鳴コイルの腹部と車両の中心との間の距離は、第1巻回中心と車両の中心との間の距離よりも小さい。本発明に係る外部給電装置は、上記コイルユニットを備える。本発明に係る車両充電システムは、上記車両と、上記外部給電装置とを備える。
渡り線116は、車両側電磁誘導コイル120側に向けて膨らむように湾曲している。なお、他の渡り線117、118,119も、渡り線116と同様に形成されており、各々車両側共鳴コイル110の一部を跨ぐように形成されている。
設備側共鳴コイル240と車両側共鳴コイル110とが電磁界結合(電磁共鳴)する際には、車両側共鳴コイル110、車両側キャパシタ109および接続配線132A,132Bによって形成される電流経路内に高周波の交流電流が流れる。この交流電流の周波数は、LC共振回路の共振周波数と実質的に一致しており、当該交流電流は共振状態となっている。図11は、車両側共鳴コイル110、車両側キャパシタ109および接続配線132A,132Bによって形成されたLC共振器の展開図および共振回路内を流れる電流値を示すグラフである。
設備側共鳴コイル240は、車両側共鳴コイル110と実質的に同一の形状とされている。設備側共鳴コイル240は、外側コイル245と、この外側コイル245の内側に配置された複数の内側コイル241,242,243,244と、外側コイル245および各内側コイル241,242,243,244を接続する渡り線246,247,248,249を含む。内側コイル241,242,243,244の各巻回中心線は、巻回中心線O2の周囲に等間隔に配置されている。
内側コイル111〜113や内側コイル241〜243を設けることで、上述のように、車両側共鳴コイル110および設備側共鳴コイル240が相対的に位置ずれしたとしても、互いに重なり合う部分を増やすこができ、伝送効率の低下を抑制することができる。
10A,10B サイドメンバ、10C,10リヤサイドメンバ、11 フロアパネル、100 車両、101 車両側コイルユニット、109 車両側キャパシタ、110 車両側共鳴コイル、111,112,113,114,241,242,243,244 内側コイル、115,245 外側コイル、120 車両側電磁誘導コイル、130 整流器、131A,131A,251A,251B 端部、134,135 電極、140 コンバータ、150 バッテリ、160 パワーコントロールユニット、170 モータユニット、200 外部給電装置、201 設備側コイルユニット、202 駐車スペース、203 輪止、210 交流電源、220 高周波電力ドライバ、230 設備側電磁誘導コイル、240 設備側共鳴コイル、250 設備側キャパシタ、AM1,AM2 腹部、C 容量、O1,O2,O112,O114,O244 巻回中心線、O4 中心点、O5 中心線。

Claims (11)

  1. 外部に設けられた外部共鳴コイル(240)と電磁界共振結合する共鳴コイル(110)を備え、
    前記共鳴コイル(110)は、第1巻回中心(O1)を中心として前記第1巻回中心(O1)の周囲を囲むように延びる外側コイル(115)と、前記外側コイル(115)から前記外側コイル(115)で囲まれた領域内に延出する延出部とを含み、
    前記外部共鳴コイル(240)と前記共鳴コイル(110)とが電磁界共振結合しているときに、前記共鳴コイル(110)を流れる交流電流の腹となる部分を共鳴コイル(110)の腹部とすると、前記共鳴コイル(110)は、前記腹部(AM1)が前記延出部(114)に位置するように形成された、コイルユニット。
  2. 前記共鳴コイル(110)は、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が前記外側コイル(115)が形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイル(114)を含み、
    前記延出部は、前記内側コイル(114)である、請求項1に記載のコイルユニット。
  3. 前記内側コイルは、前記外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられ、
    複数の前記内側コイルの1つに、前記腹部(AM1)が位置する、請求項2に記載のコイルユニット。
  4. 前記内側コイル(114)は、第2巻回中心(O114)の周囲を囲むように延び、
    前記第2巻回中心(O114)は、前記第1巻回中心(O1)から離れた位置に位置し、
    前記共鳴コイル(110)は、前記腹部(AM1)が前記第2巻回中心(O114)よりも前記第1巻回中心(O1)側に位置するように形成された、請求項2に記載のコイルユニット。
  5. 前記共鳴コイル(110)は、第1端部および第2端部を含み、
    前記第1端部および第2端部に接続されたキャパシタをさらに備え、
    前記腹部(AM1)は、前記共鳴コイル(110)を形成する導線の一端から他端までの長さ方向の中央部に位置する、請求項1に記載のコイルユニット。
  6. 前記共鳴コイル(110)は、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が前記外側コイル(115)が形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイル(114)を含み、
    前記内側コイルは、前記外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられ、
    複数の前記内側コイルは、前記共鳴コイル(110)の腹部(AM1)が位置する第1内側コイル(114)と、前記第1端部および第2端部を含み、前記キャパシタが接続された第2内側コイル(109)とを含む、請求項5に記載のコイルユニット。
  7. 前記共鳴コイル(110)と前記キャパシタとによって共振回路が形成され、
    前記腹部(AM1)は、前記共振回路の電流経路の中央に位置する、請求項5に記載のコイルユニット。
  8. 前記共鳴コイル(110)と電磁誘導結合する電磁誘導コイルをさらに備えた、請求項1に記載のコイルユニット。
  9. 請求項1から請求項8のいずれかに記載のコイルユニットを備えた車両であって、
    前記共鳴コイル(110)の腹部(AM1)と前記車両の中心との間の距離は、前記第1巻回中心(O1)と前記車両の中心との間の距離よりも小さい、車両。
  10. 請求項1から請求項8のいずれかに記載のコイルユニットを備えた外部給電装置。
  11. 請求項9に記載の車両と、
    請求項10に記載の外部給電装置と、
    を備えた車両給電システム。
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